專利名稱：制造硅質(zhì)膜的方法和用于該方法的聚硅氮烷膜處理液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電子設(shè)備等的制造中采用的硅質(zhì)膜形成方法，還涉及其中所使用的聚硅氮烷膜處理液。具體地，本發(fā)明涉及硅質(zhì)膜的形成方法，該方法在低溫下將全氫化聚硅氮烷化合物制成硅質(zhì)膜，以在電子設(shè)備等的制造中提供絕緣膜、扁平膜、鈍化膜或保護(hù)膜； 本發(fā)明還涉及聚硅氮烷膜處理液，在低溫下使用該聚硅氮烷膜處理液能夠?qū)崿F(xiàn)上述硅質(zhì)膜的形成。
背景技術(shù)：
在電子設(shè)備例如半導(dǎo)體元件中，將半導(dǎo)體器件例如晶體管和電阻器等排布于基板上。由于這些器件彼此必須是電絕緣的，因此將它們彼此二維分離地布置于基板上。但是， 按照高密度互連的要求，現(xiàn)在需要將它們進(jìn)行三維地排布。具體地，采用包含下列步驟的電子設(shè)備的制造方法已漸趨向普及在基板上二維地排布半導(dǎo)體器件；在其上形成一層絕緣膜；和在該層上排布其它器件以制成多層結(jié)構(gòu)。作為形成上述絕緣膜的方法，公知的方法包括以下步驟施加含有聚硅氮烷的涂層組合物，然后將形成的薄膜進(jìn)行燒結(jié)固化以將聚硅氮烷轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)膜(例如，參見專利文獻(xiàn)1 3)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平9-31333號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平9-275135號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2005-45230號公報專利文獻(xiàn)4 日本特開平6199118號公報專利文獻(xiàn)5 日本特開平11-116815號公報專利文獻(xiàn)6 日本特開2009-111029號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題在涂布這類含有聚硅氮烷的組合物后通常需要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)固化。但是，本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，高溫處理通常會降低生產(chǎn)效率。另外，設(shè)備包含的層越多，該高溫處理的重復(fù)次數(shù)就越多。從而，該設(shè)備的生產(chǎn)率下降的越多?？紤]到這個問題，研究采用一種有助于聚硅氮烷向硅質(zhì)膜轉(zhuǎn)化反應(yīng)的二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑，從而避免該高溫處理(例如，參見專利文獻(xiàn)4 6)。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用該二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑所獲得的硅質(zhì)膜通常具有疏水性表面。因此，當(dāng)在該硅質(zhì)膜上涂布提供半導(dǎo)體器件所必需的涂層組合物時，該膜的表面傾向于排斥所述組合物從而造成涂布不均或失敗。因此，還需要進(jìn)行改進(jìn)。解決該問題的手段本發(fā)明涉及硅質(zhì)膜的形成方法，包含
將含有聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑的組合物涂布在基板表面上以形成聚硅氮烷膜的聚硅氮烷膜形成步驟；在所述聚硅氮烷膜上涂布聚硅氮烷膜處理液的促進(jìn)劑涂布步驟；和在300°C以下的溫度將所述聚硅氮烷化合物轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)膜的固化步驟；其中，所述聚硅氮烷膜處理液含有溶劑、基于該處理液總重量為0. 5 10wt%的過氧化氫和10 98wt%的醇。本發(fā)明還涉及涂布于聚硅氮烷膜上以促進(jìn)聚硅氮烷化合物向二氧化硅轉(zhuǎn)化的聚硅氮烷膜處理液，所述聚硅氮烷膜是由涂布的含有聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑的組合物形成的，特征在于其含有溶劑、基于該處理液總重量為0. 5 10wt%的過氧化氫和10 98wt%的醇。發(fā)明效果與常規(guī)硅質(zhì)膜形成方法相比，本發(fā)明在相對較低的溫度下(例如，室溫下)能夠容易地形成致密的硅質(zhì)膜。因此，本發(fā)明可以在制造具有耐熱性較差的半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備中使用。在常規(guī)方法例如低溫固化方法中，硅質(zhì)膜是由全氫化聚硅氮烷制成的并且其具有疏水性表面。事實上，當(dāng)在其上涂布其它涂層組合物時，該膜表面通常會排斥該組合物。 但是，由于本發(fā)明提供了親水性硅質(zhì)膜，從而有可能避免該膜表面上的排斥反應(yīng)。因此，本發(fā)明形成的硅質(zhì)膜可以在電子設(shè)備中用作層間絕緣膜、頂層保護(hù)膜、保護(hù)涂層的底層等。另夕卜，本發(fā)明的硅質(zhì)膜不僅可以用在電子設(shè)備中，還可以用在由金屬、玻璃、塑料等制成的基板上作為表面保護(hù)膜。
具體實施例方式以下將詳述本發(fā)明的實施方式。聚硅氮烷膜處理液本發(fā)明中使用的聚硅氮烷膜處理液是在后述硅質(zhì)膜形成方法中的聚硅氮烷膜固化之前涂布于所述膜上的。具體地，在聚硅氮烷膜固化前，將本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液涂布在所述膜上，從而本發(fā)明的硅質(zhì)膜形成方法能夠在低于常規(guī)方法的溫度下生產(chǎn)硅質(zhì)膜。本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液包含過氧化氫、醇和溶劑。以下按順序說明這些組分。(a)過氧化氫眾所周知，過氧化氫是一種普通的氧化劑。在本發(fā)明中，推測硅質(zhì)膜的形成是由過氧化氫和聚硅氮烷膜中的二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑共同作用下實現(xiàn)的。由于純的H2A本身是不穩(wěn)定的液體，因此過氧化氫一般以水溶液的形式來使用。 因此，在本發(fā)明中，通常使用過氧化氫的水溶液來制備所述聚硅氮烷膜處理液。優(yōu)選地，將過氧化氫水溶液與處理液進(jìn)行混合以獲得所需濃度的過氧化氫。除了水溶液以外，可將新制的過氧化氫(例如通過電解硫酸氫銨水溶液或水解過氧酸)直接加入至所述處理液中。 不過，使用其水溶液更為簡便。過氧化氫在聚硅氮烷膜處理液中的含量優(yōu)選足夠的大，以便足以形成均勻的燒結(jié)膜。另一方面，考慮到操作處理液的工作人員的安全，過氧化氫的含量優(yōu)選地低于一定的數(shù)值。從這幾方面來看，基于處理液的總重量，過氧化氫的必要含量為0. 5 10wt%，優(yōu)選 1 8wt%，更優(yōu)選3 5wt%。
(b)醇本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液含有醇是必要的。在本發(fā)明中，該醇具有使形成的硅質(zhì)膜具有親水性表面的功能。由于此功能，與常規(guī)方法相比，本發(fā)明能夠使硅質(zhì)膜具有更高的親水性。因此，當(dāng)在其表面上涂布另一種組合物時，可以形成比以往更加均勻的另一層膜。在本發(fā)明中，術(shù)語“醇”是指烴的分子結(jié)構(gòu)中至少一個氫被羥基取代的物質(zhì)。從可處理性和提高硅質(zhì)膜表面的親水性的角度，該醇優(yōu)選地是從由具有1 8個碳原子的單醇、 二醇和羥基醚構(gòu)成的組中選出的。醇的種類很多，例如可以按照烴鏈的種類和羥基的位置來分類。但是，需要醇能夠顯著的提高該形成的硅質(zhì)膜表面的親水性、沸點足夠低而不殘留在該形成的硅質(zhì)膜上、難與其它組分如過氧化氫發(fā)生反應(yīng)。鑒于此，該醇優(yōu)選地是從由脂肪族醇如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丁醇、己醇和辛醇；脂肪族二醇如乙二醇和丙二醇；羥基醚如1-甲氧基-2-丙醇和2-乙氧基乙醇；和它們的混合物構(gòu)成的組中選出的。醇在聚硅氮烷膜處理液中的含量優(yōu)選足夠大，以提高硅質(zhì)膜的親水性。另一方面， 在本發(fā)明中由于過氧化氫通常是以水溶液的形式摻入的，該水溶液中的水限制了醇含量的上限。從這些角度來看，醇的必要含量為10 98wt%，優(yōu)選20 98wt %，更優(yōu)選25 98wt%。(c)溶劑本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液含有溶劑，其具有均勻溶解上述醇和過氧化氫的功能。盡管上述醇為液體，從而一般能夠作為溶劑，本發(fā)明的術(shù)語“溶劑”不包括醇。換言之， 本發(fā)明中所使用的“溶劑”是從除醇以外的其它物質(zhì)中選出的。該溶劑可以自由地選擇，只要它能夠均勻地溶解上述的組分，但優(yōu)選水。特別地優(yōu)選使用高純水，例如蒸餾水或去離子水，從而防止雜質(zhì)粘附在基板上。如果過氧化氫或非強制選擇的表面活性劑是以水溶液的形式摻入的，則其溶劑(即，水)可以作為本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液的溶劑。(d)其它組分除了上述不可缺少的組分以外，本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液根據(jù)需要可含有非強制選擇的組分。所述非強制選擇的組分的實例包括用于提高涂覆能力和/或氣泡附著力的表面活性劑；用于提高各組分相容性的醚類、酮類、醛類和羧酸。將上述組分混合并均勻地溶解以制備本發(fā)明的聚硅氮烷膜處理液。在該制備過程中，對各組分添加的順序沒有特別的限定。應(yīng)當(dāng)將制備的處理液放置于涼暗處，因為其含有相對不穩(wěn)定的過氧化氫。硅質(zhì)膜的形成本發(fā)明的硅質(zhì)膜形成方法包含步驟(a)在基板表面上涂布含有聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑(以下簡稱為“加速劑”)的組合物以形成聚硅氮烷膜；(b)在該聚硅氮烷膜上涂布聚硅氮烷膜處理液(以下簡稱為“處理液”)；和(c)在300°C以下的溫度將聚硅氮烷化合物轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)膜。(a)聚硅氮烷膜的形成步驟對基板的材料沒有特別的限制?；宓膶嵗愎杌?、和非強制選擇地用熱氧化膜或氮化硅薄膜包覆的硅晶圓。該基板預(yù)先可以設(shè)計有溝槽、孔和/或形成于其上的半導(dǎo)體器件。對形成所述溝槽、孔和/或半導(dǎo)體器件的方法沒有特別的限制，因此可以采用任何公知的方法。在該基板上涂布作為硅質(zhì)膜的材料的聚硅氮烷組合物以形成膜?？梢酝ㄟ^在溶劑中溶解聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑來制備所述聚硅氮烷組合物。本發(fā)明中使用的聚硅氮烷化合物沒有特別地限制，因此在不損害本發(fā)明效果的前提下可以自由選擇。另外，其可以為無機或有機化合物。無機聚硅氮烷化合物的實例包括 具有包含由以下通式(I)表示的結(jié)構(gòu)單元的直鏈結(jié)構(gòu)的全氫化聚硅氮烷化合物，
權(quán)利要求
1.一種硅質(zhì)膜形成方法，包含聚硅氮烷膜形成步驟，其中將含有聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑的組合物涂布在基板表面上以形成聚硅氮烷膜；促進(jìn)劑涂布步驟，其中在所述聚硅氮烷膜上涂布聚硅氮烷膜處理液；和固化步驟，其中在300°C以下的溫度將所述聚硅氮烷化合物轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)膜；其中，所述聚硅氮烷膜處理液含有溶劑、基于該處理液總重量為0. 5 10wt%的過氧化氫和10 98wt%的醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅質(zhì)膜形成方法，其中所述的聚硅氮烷化合物是全氫化聚硅氮烷化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅質(zhì)膜形成方法，其中所述的二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑是金屬羧酸鹽、N-雜環(huán)化合物或胺類化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的硅質(zhì)膜形成方法，其中所述的醇是從由具有 1 8個碳原子的單醇、二醇和羥基醚構(gòu)成的組中選出的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的硅質(zhì)膜形成方法，其中所述溶劑是水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的硅質(zhì)膜形成方法，其中所述的固化步驟是在室溫進(jìn)行的。
7.—種聚硅氮烷膜處理液，其被涂布于聚硅氮烷膜上以促進(jìn)聚硅氮烷化合物轉(zhuǎn)化為二氧化硅，所述聚硅氮烷膜是通過涂布含有聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑的組合物來形成的，其特征在于該聚硅氮烷膜處理液含有溶劑、基于該處理液總重量為0. 5 IOwt %的過氧化氫和10 98wt%的醇。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成硅質(zhì)膜的方法。根據(jù)該方法，在低溫下可以由聚硅氮烷化合物形成具有親水性表面的硅質(zhì)膜。在該方法中，在基板表面上涂布含有聚硅氮烷化合物和二氧化硅轉(zhuǎn)化反應(yīng)加速劑的組合物以形成聚硅氮烷膜，然后在其上涂布聚硅氮烷膜處理液以使聚硅氮烷化合物在300℃以下轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)膜。該聚硅氮烷膜處理液含有溶劑、過氧化氫和醇。
文檔編號H01L21/316GK102484068SQ20108003932
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者尾崎祐樹, 林昌伸 申請人:Az電子材料(日本)株式會社